TWI449485B - 印刷電路板及其製造方法 - Google Patents

Description

印刷電路板及其製造方法

本發明係主張關於2010年12月24日申請之韓國專利案號No. 10-2010-0134543之優先權。以及2011年05月31日申請之韓國專利案號No. 10-2011-0052487之優先權藉以引用的方式併入本文用作參考。

本發明係關於一種印刷電路板及其製造方法。

印刷電路板(printed circuit board，PCB)係指使用一導電材料如銅(copper，Cu)來印刷電路圖案(circuit pattern)於一電絕緣基板(electrical insulating substrate)上；特別是指稱裝設電子元件之前的一基板。

也就是說，為求緊密地將各種電子元件裝設在一平面面板上，印刷電路板係指用以確定各部件之裝設位置之一電路板，將與該些部件連接之電路圖案印刷、固定在該平面面板之上。

隨著電子產業的發展，對於高效能、小體積、低成本的需求也逐漸升高。為滿足這些趨勢，印刷電路板係使用半加成製程(semi additive process，SAP)來達到一輕薄、緻密之效果。

圖1a至1e係繪示有在一傳統印刷電路板中，一凸塊製造程序之剖面圖。

首先，一第一金屬層2係形成於絕緣板上(如圖1a所示之一絕緣板1)。

又，第一金屬層2可由銅(copper)、鎳(nickel)、或其一合金來製成。

若第一金屬層2係形成，則一第一光罩圖案(mask pattern)係形成於第一金屬層2之上。

然後，焊墊4(pad)係由使用第一金屬層2作為晶種層(seed layer)以電鍍第一光罩圖案3來形成於第一光罩圖案3之中心。

接著，一焊墊4係由電鍍一第一金屬層作為晶種層來形成於該第一光罩圖案3之周圍。

當焊墊4形成時，一非必要部分如第一金屬層2與第一光罩圖案3係以一剝除及蝕刻方法(peeling and etching process)來去除之。

然後，暴露該焊墊4之一阻焊劑5(solder resist)係形成於具有焊墊4之絕緣基板1之上。

接著，如圖1c所示第二金屬層6係形成於摻雜之阻焊劑5之上，而一第二光罩圖案7係形成於第二金屬層6之上。

在此情況下，係對阻焊劑5進行一表面處理，以確保阻焊劑5與第二金屬層6之間的黏著力。

在此之後，如圖1d所示，一凸塊8(bump)係形成於焊墊4之上，然後非必要部分如第二金屬層6及第二光罩圖案7係如圖1e所示，以一剝除及蝕刻方法來去除之。

根據習知技藝，凸塊8之一直徑係形成為大於阻焊劑5之開口。

然而，如上所述，當凸塊形成時，在相鄰之凸塊間的一間隔變窄，故很可能會發生不好的接觸的現象。

本發明實施例係提供可以使相鄰凸塊間之一干擾達到最小化的一種印刷電路板及其製造方法。

本發明實施例係提供具有一新型凸塊形狀之一種印刷電路板及其製造方法。

本發明所解決之技術問題並不限於上列所述者；熟習此項技藝者將由下列說明清楚地明瞭除上列所述之問題外亦有其他的技術問題。

根據本發明一實施例之一種印刷電路板係包括：一絕緣層；一焊墊，形成於該絕緣層之上，並由一阻焊劑開口來暴露；一凸塊，形成於該焊墊之上，填入該阻焊劑開口，並具有一寬度小於該阻焊劑開口。

另外，該凸塊係填入該阻焊劑開口並自該阻焊劑之一表面以一預設高度突伸。

另外，該印刷電路板係進一步包括：一凸塊連接部(bump connection section)，形成於該焊墊與該凸塊之間，以將該焊墊與該凸塊電性連接。

又，該凸塊係形成為小於該凸塊連接部之一上表面之寬度。

另外，該凸塊係具有一寬度小於該焊墊之一上表面之一寬度，且該凸塊係形成為其上表面之一寬度係等於相對該上表面之一下表面之一寬度。

另外，該印刷電路板之該凸塊係具有一方柱形狀。

又，該印刷電路板之該凸塊係由包含銅之合金製成。

同時，根據本發明一實施例之一種印刷電路板製造方法係包括：形成一焊墊於一絕緣基板之上；使用一阻焊劑，其係具有一開口，以暴露該絕緣基板上之該焊墊；形成一光罩(mask)於該阻焊劑之上，其係具有一窗口(window)以開放該阻焊劑開口；以及形成一凸塊，進而以一電鍍方法來填入該阻焊劑開口以及該窗口之一部分。

另外，在一種印刷電路板製造方法中，該焊墊係由蝕刻或電鍍程序形成。

又，該印刷電路板製造方法係進一步包括：形成一凸塊連接部，以電鍍法將該焊墊與該凸塊電性連接。

另外，形成該光罩於該阻焊劑之上之步驟係包括：形成該光罩，其窗口係小於該阻焊劑開口之寬度。

另外，形成該凸塊之步驟係包括：形成該凸塊，其一寬度係小於該焊墊之上表面。

又，形成該凸塊之步驟係包括：形成該凸塊，其上表面之一寬度係等於相對該上表面之一下表面之一寬度。

另外，該凸塊係為一圓柱形狀、一方柱形狀、及一多角柱形狀。

又，一種印刷電路板製造方法係進一步包括：形成焊料，以填入該凸塊上之該窗口。

在下文說明中，僅顯示、描述本發明之某些實施例。熟悉此項技術者將理解的是，下述揭示的各種變化及修改，均在本發明之精神主旨、申請範疇內。據此，下述揭示之說明與圖式並不用以限制本發明。另外，當提及一元件係在另一元件之「之上/下」或「之上方/下方」時，則其可以是直接在另一元件之「之上/下」或「之上方/下方」，或者存在一或多個介入元件，也就是間接地在另一元件之「之上/下」或「之上方/下方」。又，當提及一元件係與另一元件「相連接」時，則其可以是直接與另一元件「相連接」，或者存在一或多個介入元件，也就是間接地與另一元件「相連接」。在下文中，相同參考的數字將會指定到圖示解說中的相同元件。

在下文中，將配合圖2至14，詳細說明根據本發明一實施例之一種印刷電路板。

圖2係根據本發明一實施例，繪示有一印刷電路板之一剖面圖。

本發明係提供一種經濟實惠且可靠之電路板，使用一晶種層(seed layer)以形成一電路圖案於一絕緣層之上，並使用該相同之晶種層作為形成該電路圖案之晶種層，以形成一凸塊於該電路圖案之上。

參閱圖2，根據本發明一實施例之印刷電路板100係包括：一絕緣板110；一焊墊120，與形成在絕緣板110之上的一電路圖案(未圖示)相連接；一阻焊劑130，包覆焊墊120與該電路圖案；一電鍍晶種層140，形成於阻焊劑130之一內壁；一凸塊連接部150，形成於焊墊120中，以填入阻焊劑130之開口135；一凸塊160形成於該凸塊連接部之上；以及一焊劑，形成於該凸塊之上。

絕緣板110可為一具有單一電路圖案之印刷電路板100之支撐板；然而，其亦可為具有複數個堆疊結構之印刷電路板之一電路圖案(未圖示)之絕緣層。

當絕緣板110指具有複數個堆疊層結構之單一絕緣層時，複數個電路圖案(未圖示)係相繼地形成於絕緣板110之一上部分或一下部分。

絕緣板110可為一熱固性(thermosetting)或熱塑性(thermoplastic)高分子基板(polymer substrate)、一陶瓷基板(ceramic substrate)、有機-無機複合材料基板(organic-inorganic composite material substrate)、或玻璃纖維浸漬基板(glass fibers impregnated substrate)。若該絕緣板係包括一高分子樹脂，則其可包含有環氧絕緣樹脂(epoxy insulating resin)；若否，則其可包含聚亞醯胺樹脂(polyimide resin)。

該些焊墊120係可與複數個電路圖案連接，且其係形成於絕緣板110之上。焊墊120係為裝設於印刷電路板100上之一凸塊；亦即，一焊墊120係與焊劑170相接合。

焊墊120係由一導電材料形成，且若形成於絕緣板110上之一薄銅層係被圖案化以形成電路圖案，則焊墊120可由包含有銅之合金來形成。

另外，可由以一非電解電鍍法(non-electrolytic plating)選擇性地去除形成在絕緣板110上之電鍍層來形成焊墊120。

該電路圖案係覆蓋於絕緣板110之上，然後阻焊劑130形成。

阻焊劑130係用作為保護絕緣板110之表面之功用，並具有一開口135，以開放焊墊120之一上表面，使其暴露。

電鍍晶種層140係形成於阻焊劑130之一側表面。

電鍍晶種層140係形成於阻焊劑130之開口135一側表面，使其暴露。

電鍍晶種層140係為用以形成該凸塊連接部150形成在該電鍍晶種層之一晶種；而若凸塊連接部150係由銅所製成，則其可為對銅具有一高黏著力之一合金如銅或鎳。

另外，電鍍晶種層140可為在由化學鍍銅法(chemical copper plating)所形成之阻焊劑130之上。

阻焊劑130之開口135係填於電鍍晶種層140之上，且凸塊連接部150係形成。

凸塊連接部150係形成為自阻焊劑130之上表面突伸，且可形成於阻焊劑130之上表面之相同高度。

凸塊連接部150可由使用晶種層140作為晶種而以電解鍍銅法(electrolytic copper plating)來形成。

凸塊連接部150可由使用晶種層140作為一晶種而以包層電鍍(electro clad plating)來形成。

凸塊連接部150可由使用晶種層140作為晶種而以電解鍍銅法(electrolytic copper plating)來形成。

凸塊160係形成於凸塊連接部150之上。

凸塊160係形成為自阻焊劑130之上表面突伸。

凸塊160係形成為圓柱形狀、方柱形狀、活動柱形(motile pillars)其中任一者，且其上表面之一寬度與其相對於該上表面之下表面之一寬度係為相同者。

凸塊160係具有一方柱形狀，且係形成為自該阻焊劑之上表面突伸，以輕易地進行焊劑170之形成。

凸塊160係形成於阻焊劑130之開口135之一內側，且係形成為具有小於阻焊劑130之開口135之一寬度。

也就是說，如圖1所示，當阻焊劑130之開口135之寬度為A時，該凸塊係形成為具有一寬度B小於該寬度A。

根據習知技藝，該凸塊係形成以致於擴大自阻焊劑130突伸之一區域，使其具有較開口135更大之寬度。

在此情況下，當該凸塊係如上述形成時，形成在該凸塊之上的焊劑係形成為具有比該開口更大之寬度，在相鄰之焊劑之間的一間距因而變窄，進而因焊劑間之接觸而導致不好的接觸。

因此，在本發明中，凸塊160之寬度係形成為小於阻焊劑130之寬度，且焊劑170係形成為具有與該阻焊劑相同之寬度，藉此以使相鄰之焊劑之間的間距最大化。

焊劑170係形成於凸塊160之上。焊劑170係因以迴焊(reflowing)、熔化(melting)來與元件接觸所造成之一表面張力(surface tension)而具有一圓形。

焊劑170不僅包括二元合金(binary metal)，且該二元合金係為包含錫(Sn)之合金，尤其是包含錫-銅(Sn-Cu)之合金。

印刷電路板100係將凸塊160形成為具有一寬度小於該阻焊劑開口之一寬度。

在根據本發明一實施例之印刷電路板100中，凸塊160之寬度係形成為小於阻焊劑130之開口135之寬度，故相鄰之焊劑間的間距被最大化，進而避免因相鄰之焊劑間的接觸而造成的不好的接觸。

圖3至13係根據本發明一實施例，繪示有印刷電路板100之一製造方法之一剖面圖。

首先，一金屬層115係形成於絕緣板110之上，如圖3所示。

在此情況下，金屬層115可由包含銅之金屬，以非電解電鍍法形成於絕緣板110之上。

絕緣板110可為一熱固性(thermosetting)或熱塑性(thermoplastic)高分子基板(polymer substrate)、一陶瓷基板(ceramic substrate)、有機-無機複合材料基板(organic-inorganic composite material substrate)、或玻璃纖維浸漬基板(glass fibers impregnated substrate)。若該絕緣板係包括一高分子樹脂，則其可包含有環氧絕緣樹脂(epoxy insulating resin)；若否，則其可包含聚亞醯胺樹脂(polyimide resin)。

另外，金屬層115，與以非電解電鍍法形成金屬層於絕緣板110上之方法不同，可使用銅箔基板(copper clad laminate，CCL)。

又，金屬層115係由非電解電鍍法形成，且可藉由提供一絕緣板110之表面粗糙度(surface roughness)來順利進行該電鍍法。

接著，如圖4所示，形成於絕緣板110上之一導電層115係被選擇性地去除，以形成電路圖案(未圖示)或焊墊120。

在此情況下，形成於該絕緣板之導電層115可形成於絕緣板110之上表面以及絕緣板110之一下部分，進而可使電路圖案(未圖示)及焊墊120形成於其下表面。

據此，該電路圖案及焊墊120係形成於絕緣板110之至少一側，且用以將該電路圖案填於絕緣板110之阻焊劑130係被塗覆，如圖5所示。

在此情況下，阻焊劑130係形成包括開口135，以暴露焊墊120；且開口135係形成為具有一寬度小於該焊墊120之寬度，以使焊墊120之邊緣區域受到阻焊劑130之保護。

接著，覆蓋該阻焊劑之上表面與側面之電鍍晶種層140係形成如圖6。

電鍍晶種層140可由一無電電鍍法(electroless plating)形成。

非電解電鍍法係依序進行：一脫脂程序(degreasing process)、軟腐蝕程序(soft-corrosion process)、預催化程序(pre-catalytic process)、一催化程序(catalytic process)、一活化程序(activation process)、一無電電鍍程序(electroless plating process)、以及一抗氧化程序(oxidation preventing process)。

另外，電鍍晶種層140可由使用一電漿(plasma)而非一金屬粒子來形成。

在此情況下，在電鍍該電鍍晶種層140之前，係額外地被進行一用以去除該阻焊劑之表面之一污跡之去鑽污程序(desmear process)。

該去鑽污程序係提供阻焊劑130之表面之表面粗糙度，進而提供電鍍晶種層140之一高電鍍強度。

另外，電鍍晶種層140除了形成在阻焊劑130之上表面與側面之外，亦形成於焊墊120之上表面。

然後，具有窗口以開放該阻焊劑開口185之一部分的光罩180係形成如圖7所示。

較佳地，光罩180係具有一窗口185開放一區域包括一凸塊連接部150、凸塊160、以及一焊劑70。

光罩180係較佳地使一耐熱乾膜(heat-resistant dry film)。

在此情況下，形成於該光罩之上的窗口185係具有一寬度小於阻焊劑130之開口135之寬度。

另一方面，光罩180之窗口185係形成於該阻焊劑之開口135中，以開放僅僅一部分的開口135。

然後，凸塊連接部150係形成於焊墊120之上，如圖8所示。

也就是說，包含有導電材料之合金(較佳地為銅)係由電鍍晶種層140作為晶種層而以一電解電鍍法來製成，以形成凸塊連接部150於光罩180之窗口185之一部分中。

在此情況下，光罩180之窗口185係具有一寬度小於開口135之寬度，以使凸塊連接部150之寬度形成為小於阻焊劑130之寬度。

然後，如圖9所示，凸塊160係形成於凸塊連接部150之上。

也就是說，電解電鍍程序係進行於包含導電材料(較佳地為銅)之合金上。

在此情況下，凸塊160係形成以具有一寬度小於阻焊劑130之開口135之寬度。

也就是說，因凸塊160係由填入寬度小於開口135寬度之窗口185來形成，故其係形成為具有一寬度小於開口135之寬度。

另外，凸塊160之形狀係依據光罩180中窗口185之圖案而定。

在此情況下，窗口185係具有一方柱形狀。

然後，焊劑170係形成於凸塊160之上，如圖10所示。

焊劑170可形成以填入整個光罩180中之窗口185。

另外，焊劑170係迴焊、熔化，因表面張力而具有圓形形狀，以與元件接觸。

焊劑170不僅包括二元合金(binary metal)，且該二元合金係為包含錫(Sn)之合金，尤其是包含(錫-銅)Sn-Cu之合金。

然後，形成於電鍍晶種層140上之光罩180係被去除，亦即光罩180係被剝除，以暴露凸塊160與焊劑170，如圖11所示。

接著，如圖12所示，電鍍晶種層140係被蝕刻然後去除。

較佳地，形成於阻焊劑130之表面之該電鍍晶種層係被選擇性地蝕刻，以暴露阻焊劑130之上表面。

圖13係根據習知技藝，繪示有印刷電路板之一平面圖；圖14係根據本發明，繪示有印刷電路板100之一平面圖。

參閱圖13，在印刷電路板1中，開口係形成於阻焊劑5，而覆蓋整體開口之凸塊8係形成。

另一方面，在印刷電路板1中，凸塊8之寬度b係形成為大於阻焊劑5之開口之寬度。

結果是，印刷電路板1係具有一間距c，且凸塊8係連續地形成。

然而，參閱圖14，在印刷電路板1中，開口135係形成於阻焊劑，且凸塊160朝向開口135之側而覆蓋開口135之一部分。

另一方面，在印刷電路板1中，凸塊160之寬度B係形成為小於阻焊劑130開口之寬度A。

因此，印刷電路板100係具有一間距C，且凸塊160係連續地形成。

此時，在根據本發明之印刷電路板100中，A係大於B；而在根據習知技藝之印刷電路板1中，a係小於b。故印刷電路板100係具有間距C大於印刷電路板1之間距c，且凸塊160係連續地形成。

圖15係根據本發明另一實施例，繪示有印刷電路板之一平面圖。

另一方面，參閱圖15，根據本發明之印刷電路板100係具有一保護層，該保護層係具有開口，且僅覆蓋開口135之一部分的凸塊160係形成於該開口之一內側。

圖16、17係根據本發明，繪示有一印刷電路之可靠度評測圖。

參閱圖16，案例3之一結構係顯示根據凸塊結構之一模擬評測結果之整體高度可靠度(height reliability)。當晶片和焊墊係由凸塊160接合時，用於一晶粒之一通道(street)會被縮小。

另外，參閱圖17，依據凸塊之裂縫分析(crack analysis)結果，案例3結構係具有最佳之生命週期。

雖然參考實施例之許多說明性實施例來描述實施例，但應理解，熟習此項技術者可想出將落入本發明之原理的精神及範疇內的眾多其他修改及實施例。因此，本發明之範疇應由所附之專利範圍之範疇，而非本參考書之說明內文，來定義，且所有落入本發明範疇之修改均應被理解為被包括於本發明申請範疇之內。

1．．．絕緣基板

2．．．第一金屬層

3．．．第一光罩圖案

4、120．．．焊墊

5、130．．．阻焊劑

6．．．第二金屬層

7．．．第二光罩圖案

8、160．．．凸塊

110．．．絕緣板

140．．．電鍍晶種層

150．．．凸塊連接部

170．．．焊劑

115．．．金屬層

135．．．開口

180．．．光罩

185．．．阻焊劑開口

A、a．．．阻焊劑開口寬度

B、b．．．凸塊寬度

c．．．間距

圖1a至1e係繪示有根據習知技藝之一印刷電路板製造方法之一剖面圖；

圖2係根據本發明一實施例，繪示有一印刷電路板之一剖面圖；

圖3至12係根據本發明一實施例，繪示有一印刷電路板製造方法之剖面圖；

圖13係根據習知技藝，繪示有一印刷電路板之一平面圖；

圖14係根據本發明一實施例，繪示有一印刷電路板之一平面圖；

圖15係根據本發明另一實施例，繪示有印刷電路板之一平面圖；以及

圖16、17係根據本發明實施例，繪示有一印刷電路板之可靠度評測圖。

110．．．絕緣板

120．．．焊墊

130．．．阻焊劑

140．．．電鍍晶種層

150．．．凸塊連接部

160．．．凸塊

170．．．焊劑

A．．．阻焊劑開口寬度

B．．．凸塊寬度

Claims (14)

1. 一種印刷電路板，包括：一絕緣層；一焊墊，形成於該絕緣層之上，並由一阻焊劑之一開口來暴露；一凸塊連接部形成於該焊墊上並填入該阻焊劑之該開口；一凸塊，形成於該凸塊連接部之上且具有一寬度小於該阻焊劑之該開口；以及一焊劑，形成於該凸塊上，並具有一寬度小於該凸塊連接部之一下表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之印刷電路板，其中該凸塊填入該阻焊劑之該開口，並自該阻焊劑之一表面以一預設高度突伸。
3. 如申請專利範圍第1項所述之印刷電路板，其中該凸塊係形成為窄於該凸塊連接部之該下表面之一寬度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之印刷電路板，其中該凸塊係具有一寬度小於該焊墊之一上表面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之印刷電路板，其中該凸塊係形成為其一上表面之一寬度與其相對於該上表面之一下表面之一寬度相等。
6. 如申請專利範圍第1項所述之印刷電路板，其中該凸塊係為一 圓柱形狀、一方柱形狀、及一多角柱形狀。
7. 如申請專利範圍第1項所述之印刷電路板，其中該凸塊係由包含銅之合金製成。
8. 一種印刷電路板製造方法，包括：形成一焊墊於一絕緣基板之上；使用一阻焊劑，其係具有一開口，以暴露該絕緣基板上之該焊墊；形成一光罩於該阻焊劑之上，其係具有一窗口以開放該阻焊劑之該開口；形成一凸塊連接部，以一電鍍方法來填入該阻焊劑之該開口和該窗口之一部份；形成一凸塊，以該電鍍方法來填入該窗口；以及形成一焊劑，以填入已形成之該凸塊上之該窗口，其中該焊劑具有一寬度小於該凸塊連接部之一下表面。
9. 如申請專利範圍第8項所述之印刷電路板製造方法，其中該焊墊係由一蝕刻程序或一電鍍程序形成。
10. 如申請專利範圍第8項所述之印刷電路板製造方法，其中形成該光罩於該阻焊劑之上之步驟係包括：形成該光罩，其具有之該窗口之寬度係小於該阻焊劑之該開口之寬度。
11. 如申請專利範圍第8項所述之印刷電路板製造方法，其中形成 該凸塊之步驟係包括：形成該凸塊，其一寬度係小於該阻焊劑之該開口之寬度。
12. 如申請專利範圍第8項所述之印刷電路板製造方法，其中形成該凸塊之步驟係包括：形成該凸塊，其一寬度係小於該焊墊之上表面。
13. 如申請專利範圍第8項所述之印刷電路板製造方法，其中形成該凸塊之步驟係包括：形成該凸塊，其一上表面之寬度係等於相對該上表面之一下表面之寬度。
14. 如申請專利範圍第13項所述之印刷電路板製造方法，其中該凸塊係為一圓柱形狀、一方柱形狀、及一多角柱形狀。